轴承在人形机器人中的重要作用 - 轴承展览会

人形机器人的关节能够实现旋转与线性运动，这背后离不开轴承的关键作用。轴承在人形机器人中主要分布在减速装置以及关节的连接部位，为机器人的灵活运动提供支撑。

减速器是人形机器人中核心的动力传达机构，可以类比做人的关节。精密减速器是连接动力源和执行机构之间的中间装置，其作用是降低伺服电机的高转速、通过齿轮减速比放大伺服电机的原始扭矩，并提供高刚性保持、高精度定位。人形机器人减速器主要有谐波减速器、RV减速器、行星减速器等类型，不同类型的减速器对轴承的要求也不同：

① 刚性轴承/交叉滚子轴承

国内交叉滚子轴承市场高度集中，洛阳鸿元是该领域的领头羊。由于制造交叉滚子轴承的技术要求较高，全球的主要生产厂商主要集中在日本和德国，其中包括日本的THK、IKO、NSK，以及日本的哈默纳科和德国舍弗勒集团的INA品牌。在价格方面，国内外交叉滚子轴承的售价存在显著差异，差距超过30%。

② 柔性轴承

柔性轴承是谐波减速器中不可或缺的核心组件。与传统轴承不同，柔性轴承是一种薄壁球轴承，其外圈较薄，容易发生径向变形。由于在装配过程中会产生较大的预应力和预变形，柔性轴承在未安装到波发生器的椭圆形凸轮之前是圆形的，安装后则变为椭圆形。对于谐波传动装置而言，柔性轴承的弹性变形能力是实现高减速比的关键。

RV减速器，也被称作旋转矢量减速器，包括前级的行星齿轮减速器与后级的摆线针轮减速器。这种传动方式是在经典的针摆行星传动技术基础上进一步发展而成的，它集合了众多优势，如紧凑的体积、轻巧的质量、宽广的传动比、长久的使用寿命、稳定的精度保持、高效率以及平稳的传动性能。

丝杠是将旋转运动转化为直线运动的传动元件，为关节提供精准的定位和运动控制。丝杠类型主要包括滚珠丝杠和行星滚柱丝杠等：滚珠丝杠由丝杆轴和螺母组成，其中螺母又由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成；行星滚柱丝杠主要由丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、保持架和弹性挡圈组成，依靠多个滚柱与丝杠、螺母之间的螺纹啮合传动来将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，其滚柱通过保持架均匀的分布在丝杠、螺母之间。

丝杠两端常用支承型式，来源：《机电一体化技术》

目前丝杠的安装主要包括上图三种方式，根据丝杠安装方式不同，通常采用两种轴承进行组合使用，例如可将向心轴承和圆锥轴承组合或将向心轴承和推力轴承/角接触轴承进行组合，确保推力轴承/角接触轴承提供足够的轴向刚度。

根据特斯拉 2022 AI DAY 信息，其线性执行器采用了深沟球轴承+四点接触轴承进行组合使用。

特斯拉 Optimus 人形机器人线性执行器，来源：特斯拉 AI DAY 2022

深沟球轴承：这种轴承能够主要承受径向负荷，同时也能够很好地应对径向和复合负荷。它们具有较小的摩擦系数，适合在高速旋转的环境中使用。目前，有众多厂商具备生产这种轴承的能力，使得成本和售价相对较低。中国在深沟球轴承的生产量上位居全球首位，其在工业领域的应用非常广泛，并且已经实现了高度的国产化。

3、电机 & 轴承